JP2000231907A - ハロゲン電球、反射鏡付き電球および照明器具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 可視光透過赤外線反射膜を形成したハロゲン
電球において、コイル状フィラメントのディメンション
（大きさ）を規制することによりさらに発光効率の向上
と小形化がはかれる電球および照明器具を提供すること
を目的とする。 【解決手段】 バルブ１の表面に形成された可視光透過
赤外線反射膜６と、バルブ１内に封入された不活性ガス
およびハロゲン化物と、バルブ１に封着された導入部材
３に継線してバルブ１のほぼ中心軸線上に配設された、
コイル状に巻回したタングステン素線部分およびこの線
間の空間を含むコイル状部が占める仮想筒状体部Ｃの全
体積ＶＣと、このコイル状に巻回したタングステン素線
部分が占める体積ＶＷとの比率（ＶＷ／ＶＣ）×１００
％＝Ｙが、 （５／９）Ｍｇ＋２≦Ｙ≦（５／９）Ｍｇ＋８．２……
…（数式１） Ｍｇ：タングステン素線重量ｍｇ／２００ｍｍ の範囲内にあるコイル状フィラメント５とを備えている
ハロゲン電球Ｌ１および照明器具９である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は可視光透過赤外線反
射膜を備え発光効率を向上したハロゲン電球および反射
鏡付き電球ならびにこれら電球を装着した照明器具に関
する。

【０００２】

【従来の技術】ガス入り電球は気密容器を形成するガラ
スバルブ内にアルゴンなどの不活性ガスとともに、タン
グステン素線をコイル状に巻回したフィラメントが光源
として封装されている。そして、点灯時に高温となるフ
ィラメントの蒸発を不活性ガスにより抑制させている
が、フィラメントが序々に痩せ細り、遂には断線して寿
命となる。

【０００３】また、このガス入り電球の発光特性および
寿命を改善するため、バルブ内に不活性ガスとともに微
量のハロゲン族元素（Ｉ、Ｂｒ、Ｃｌ、Ｆ）を封入した
ハロゲン電球がある。

【０００４】このハロゲン電球は、フィラメントから蒸
発したタングステンと、バルブ内に封入したハロゲン族
元素との間の化学的な循環反応（ハロゲンサイクル）を
利用して、フィラメントに戻しバルブの黒化を防ぎ効率
を高めるとともに長寿命化を図ったものである。ハロゲ
ン電球は、ハロゲンサイクルを円滑に行うため、ガラス
バルブの温度が２５０℃以上になるよう小形に設計さ
れ、また、効率を高めるために封入される不活性ガスの
圧力も３．０×１０⁵ 〜７．０×１０⁵ Ｐａ（パスカ
ル）に高められている。

【０００５】そして、このハロゲン電球は、通常のガス
入り電球に比べて小形で高効率であるところから、ダウ
ンライト用やスポットライト用として、店舗や家庭など
で多く用いられるようになってきている。

【０００６】そして、最近はさらにの高効率化および省
エネルギー化の一環として電球分野においても種々の工
夫がなされている。このハロゲン電球においては、バル
ブのほぼ中心軸線上に沿ってコイル状のフィラメントを
配設するとともに、バルブの表面に高屈折率層を作る二
酸化チタン（ＴｉＯ₂ ）などと低屈折率層膜を作る二酸
化ケイ素（ＳｉＯ₂ ）などとを交互に繰り返えし所定層
積層した多層光干渉膜からなる可視光透過赤外線反射膜
を形成して、フィラメントから放射した可視光はバルブ
を透過させ、赤外線をこの反射膜で効率よく反射してフ
ィラメントに帰還させ、これによってフィラメントを加
熱して発光効率を高めることが行われている。

【０００７】この可視光透過赤外線反射膜を形成したハ
ロゲン電球においては、この反射膜の効果を向上すべく
種々の開発がなされている。たとえば特公平６−２６６
１５号公報、特公平６−２８１５２号公報、特開平５−
１４４４１９号公報、特開平７−４５２５４号公報や特
開平８−４５４８２号公報に記載されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】また、この可視光透過
赤外線反射膜を形成したハロゲン電球において、特開平
４−４７６６０号公報に開示されているように回転楕円
形状を有するバルブを用い、バルブの２つの焦点間を結
ぶ線上にフィラメントを配設して、反射膜で赤外線を効
率よく反射してフィラメントに帰還させ、これによって
フィラメントを加熱して発光効率を高めることが知られ
ている。

【０００９】本発明者等は上記可視光透過赤外線反射膜
を形成したハロゲン電球について、さらに発光効率の向
上した電球が要求されているのに鑑み種々究明した。

【００１０】本発明は、可視光透過赤外線反射膜を形成
したハロゲン電球において、コイル状フィラメントのデ
ィメンション（大きさ）とバルブの大きさとの相対的な
寸法関係を規制することによりさらに発光効率の向上と
小形化がはかれる電球および照明器具を提供することを
目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
のハロゲン電球は、透光性の気密容器を構成する、端部
に封止部が形成されたバルブと、このバルブの表面に形
成された可視光透過赤外線反射膜と、上記バルブ内に封
入された不活性ガスおよびハロゲン化物と、上記バルブ
の封止部に気密封着された導入部材と、この導入部材に
継線して上記バルブのほぼ中心軸線上に配設された、コ
イル状に巻回したタングステン素線部分およびこの線間
の空間を含むコイル状部が占める仮想筒状体部の全体積
ＶＣと、このコイル状に巻回したタングステン素線部分
が占める体積ＶＷとの比率（ＶＷ／ＶＣ）×１００％＝
Ｙが、 （５／９）Ｍｇ＋２≦Ｙ≦（５／９）Ｍｇ＋８．２………（数式１） Ｍｇ：タングステン素線重量ｍｇ／２００ｍｍ の範囲内にあるコイル状フィラメントとを具備している
ことを特徴とする。

【００１２】フィラメントから放射されバルブ表面の赤
外線反射膜で反射した赤外線が、フィラメント方向に戻
り一部は素線に入射し、残りの一部はコイルピッチ間を
透過して反対側のバルブ面に向かっていたのを、コイル
状部の上記体積比率を規制することにより、ピッチ間を
透過する赤外線の量を減らして素線に当たり入射する量
を多くなるようにしたもので、フィラメントの赤外線吸
収率を高めることができる。

【００１３】そして、コイル状部の上記体積比率Ｙが、
（数式１）の範囲内にあれば、発光効率が向上でき、下
限値を下回ると発光効率の向上は望めず、また、上限値
を超えるとターン間ショートの発生などの虞がある。

【００１４】また、上記（数式１）が適用されるコイル
状フィラメントは、単コイルであっても二重コイルなど
の多重コイルであってもよく、要するに発光をなす仮想
筒状体部の全体積ＶＣと、この中におけるタングステン
素線部分が占める体積ＶＷとの比率Ｙである。

【００１５】また、可視光透過赤外線反射膜の形成はバ
ルブの外表面に限らず、バルブの内表面であってもある
いは内外表面の両面であってもよい。

【００１６】また、本発明が適用される電球は、投光用
ハロゲン電球に限らず、他の用途の電球であってもよ
く、また、バルブに形成する封止部は片端に限らず、バ
ルブの両端部に設けてあるものでもよい。また、封止部
は圧潰封止部に限らず、バルブを収縮して形成した封止
部でもよく、また、封着部材はモリブデン箔などの金属
箔に限らず、線状の部材を用いるものであってもよい。

【００１７】本発明の請求項２に記載のハロゲン電球
は、透光性の気密容器を構成する、端部に封止部が形成
された回転楕円形部を有するバルブと、このバルブの表
面に形成された可視光透過赤外線反射膜と、上記バルブ
内に封入された不活性ガスおよびハロゲン化物と、上記
バルブの封止部に気密封着された導入部材と；この導入
部材に継線して上記バルブの焦点間を結ぶバルブのほぼ
中心軸線上に配設された二重コイル状のコイル状フィラ
メントとを備え；上記バルブの内容積をＶＢｍｍ³ 、内
径をＤＢｍｍとし、コイル状フィラメントの巻回したタ
ングステン素線部分およびこの線間の空間を含むコイル
状部が占める仮想筒状体部の全体積をＶＣｍｍ³ 、この
二重コイル状に巻回したタングステン素線部分が占める
体積をＶＷｍｍ³ 、二重コイルの外径をＤ２ｍｍとした
とき、 ＶＢ／ＶＣ≦４０………（数式５） （ＶＢ／ＶＣ）／（ＶＣ／ＶＷ）≦２．５………（数式６） ＤＢ／Ｄ２≦６．５………（数式７） の関係にあることを特徴とする。

【００１８】そして、上記数式５のフィラメントを包囲
する体積に対するバルブ１の内容積を規制するＶＢ／Ｖ
Ｃ値が４０を超える場合は、フィラメントの温度分布が
高温部と低温部との温度差が顕著になり、温度勾配が原
因となる断線やホットスポットの発生による短寿命やバ
ルブの中心軸に対するコイル状フィラメントの軸ずれの
影響が大きくなる。また、実験的にも赤外線がフィラメ
ントに帰還するまでのバルブへの反射回数が多くなるな
どの理由で好ましくなく、そのほか、コイル状部が占め
る仮想筒状体部の全体積に対するバルブの大きさを示す
指数ＶＢ／ＶＣは小さい方が効率アップすることが確認
されている。

【００１９】また、この下限値は１０程度で、これより
小さくなると物理的に電球の製造が困難になるとともに
バルブの表面温度が９００℃以上に達し、石英ガラスが
結晶化して脆化するなどの理由で好ましくない。

【００２０】また、上記数式６のタングステン素線の密
度比（ＶＣ／ＶＷ）に対する上記（ＶＢ／ＶＣ）の比率
（ＶＣ／ＶＷ）／（ＶＢ／ＶＣ）は、コイル状部に対す
るバルブの大きさを示す指数と、コイルの密巻き度を示
す指数との相対関係を表し、この（ＶＣ／ＶＷ）／（Ｖ
Ｂ／ＶＣ）値が２．５を超える場合は、赤外線のフィラ
メントへの帰還率が低下し、また、バルブ中心軸に対す
るコイル状フィラメントの偏心の影響が大きくなる。そ
のほか、実験結果からみても好ましくない。

【００２１】また、この下限値は１．０程度で、これよ
り小さくなると、コイル状フィラメントにホットスポッ
トが発生し易くなったり、バルブ表面の温度が異常に上
昇し、石英ガラスが結晶化して脆化するなど好ましくな
い。

【００２２】さらに、上記数式７のフィラメントのコイ
ル状部外径に対するバルブ１の内径を規制するＤＢ／Ｄ
２は、バルブの内径に対するコイルの外径の比を示し、
このＤＢ／Ｄ２値が６．５を超える場合は、バルブの中
心軸に対するコイル状フィラメントの偏心ずれの影響が
大きくなったり、フィラメントへの赤外線帰還率が低下
するなどの理由で好ましくない。また、この下限値は
３．０程度で、これより小さいとバルブ表面の温度が異
常に上昇し、石英ガラスが結晶化して脆化するなど好ま
しくない。

【００２３】本発明の請求項３に記載のハロゲン電球
は、回転楕円形部を有するバルブの内径ＤＢが、１０ｍ
ｍ以下であることを特徴とする。

【００２４】バルブの最大内径ＤＢが１０ｍｍを超えた
場合は、電球の小形化が果たせず、電圧１００Ｖ級（９
０〜１１０Ｖ）１０〜１５０Ｗ（０．１〜１．５Ａ）程
度の電球では、実用的には６〜１２ｍｍ程度で、下限値
を下回るとバルブの表面温度が異常上昇することによる
石英ガラスの脆化やバルブ内に配設されるステムの製造
が難しくなるなどの理由で好ましくない。

【００２５】本発明の請求項４に記載のハロゲン電球
は、コイル状フィラメントを形成するタングステン素線
のＭｇが３．０〜１５の範囲内であることを特徴とす
る。

【００２６】この発明が適用されるタングステン素線の
Ｍｇ（タングステン素線２００ｍｍ当たりの重量ｍｇ
（素線外径ＷＤに換算すると約０．０３２〜０．０７０
ｍｍ））で、電圧１００Ｖ級（９０〜１１０Ｖ）の場
合、１０〜１５０Ｗ（０．１〜１．５Ａ）程度の電球用
フィラメントに適用できる。

【００２７】そして、Ｍｇ３．０（素線径ＷＤが約０．
０３２ｍｍ）未満のものでは、コイルを高い精度で巻回
できないとともに強度維持も困難となって使用できな
い。また、Ｍｇ１５（素線径ＷＤが約０．０７０ｍｍ）
を超えたものには、Ｙ値（図４）がＭｇ値と比例しなく
なるため適用できない。

【００２８】本発明の請求項５に記載のハロゲン電球
は、コイル状フィラメントの単コイル部のピッチ間隔Ｐ
１とタングステン素線径ＷＤとの比率（％ピッチ）Ｐ１
／ＷＤ×１００％が１１０〜２２０％で、かつ、二重コ
イル部のピッチ間隔Ｐ２と単コイル外径Ｄ１との比率
（％ピッチ）Ｐ２／Ｄ１×１００％が１１０〜２２０％
であることを特徴とする。

【００２９】コイル状フィラメントの％ピッチＰ１／Ｗ
Ｄ×１００％およびＰ２／Ｄ１×１００％が上記の下限
値未満であると、コイル巻回工程で通常発生するピッチ
のばらつきによる特性への影響が大きいため適用できな
い。

【００３０】また、％ピッチＰ１／ＷＤ×１００％およ
びＰ２／Ｄ１×１００％が上記の上限値を超えると、コ
イルによる保温効果が低減するためにランプの効率アッ
プという本発明の主旨からは外れ好ましくない。

【００３１】本発明の請求項６に記載のハロゲン電球
は、コイル状フィラメントの単コイル部の内径ＭＤ１と
タングステン素線径ＷＤとの比率（％マンドレル）ＭＤ
１／ＷＤ×１００％が２５０〜７００％で、かつ、二重
コイル部の内径ＭＤ２と単コイル外径Ｄ１との比率（％
マンドレル）ＭＤ２／Ｄ１×１００％が１５０〜２５０
％であることを特徴とする。

【００３２】コイル状フィラメントの％マンドレルＭＤ
１／ＷＤ×１００％およびＭＤ２／Ｄ１×１００％が下
限値未満であると、１ｓｔおよび２ｎｄコイルの展開長
ＣＬが長くなり、適切な発光長におさまりにくくなるた
めに適用できない。

【００３３】また、コイル状フィラメントの％マンドレ
ルＭＤ１／ＷＤ×１００％およびＭＤ２／Ｄ１×１００
％が上限値を超えると、二重コイルとしたときのコイル
強度が低下するため適用できない。

【００３４】本発明の請求項７に記載のハロゲン電球
は、バルブが、球形状、円筒形状、回転楕円形状、回転
放物面形状および回転長円形状の少なくとも一つの形状
を含み構成されていることを特徴とする。

【００３５】バルブの中心に配設したコイル状フィラメ
ントから放射された赤外線を、表面で反射して再びフィ
ラメントに高い帰還率で戻す形状のバルブを用いる。

【００３６】このバルブの形状としては、球、円筒体、
回転楕円体、回転放物面体および回転長円体などからな
り、これらの形状あるいはこれらのうちの形状を少なく
とも一部に備えた複合形状を成すものであってもよい。
また、焦点を有するバルブの場合はこの焦点を通りフィ
ラメントを配設すれば、効率よく赤外線をフィラメント
に帰還させることができる。

【００３７】本発明の請求項８に記載の反射鏡付き電球
は、基部を有する反射鏡と、この反射鏡の基部内に配設
された請求項１ないし７のいずれか一に記載のハロゲン
電球とを具備していることを特徴とする。

【００３８】反射鏡の基部内に耐熱性の接着剤を介して
電球の封止部を固着して、両者を一体化したものや基部
内のソケットに電球を装着した一体的なものであって、
反射鏡を用いることにより高い発光効率や配光特性を得
ることができる。

【００３９】本発明の請求項９に記載の照明器具は、器
具本体と、器具本体に配設されたソケットと、このソケ
ットに装着された請求項１ないし７のいずれか一記載の
ハロゲン電球または請求項８記載の反射鏡付き電球とを
具備していることを特徴とする。

【００４０】器具本体のソケットに装着された上記請求
項１ないし８に記載の電球は、上記請求項１ないし８に
記載したと同様な作用を奏する。

【００４１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施の形態
を図面を参照して説明する。図１は小形投光用の定格１
００〜１１０Ｖ６５Ｗのハロゲン電球Ｌ１の正面図、図
２はコイル状フィラメントを拡大して示す説明図、図３
はバルブの表面に形成した多層光干渉膜からなる可視光
透過赤外線反射膜の一部を拡大して示す断面図である。

【００４２】図中１は石英ガラスからなる回転楕円状部
１Ａに円筒状部１Ｂを連接した形状のバルブで、円筒状
部１Ｂの端部に形成した圧潰封止部２内には導入導体の
一部を構成するモリブデンＭｏ箔などからなる一対の金
属箔３１，３１が封着され、回転楕円状部１Ａの他端部
には排気管４が接続されている。

【００４３】このバルブ１は、肉厚が約１ｍｍ、楕円状
部の最大内径ＤＢが約８ｍｍ、２焦点間長さが約９ｍ
ｍ、楕円状部の内部長さが約１０ｍｍ、封止部２を含む
全長が約４０ｍｍ、内容積が約６．５ｃｃで透光性の気
密容器を構成している。

【００４４】また、バルブ１一端の圧潰封止部２内に埋
設して封着されたそれぞれの金属箔３１，３１には、長
短の内部リード線３２，３２および外部リード線３３，
３３が接続され、この金属箔３１、内部リード線３２お
よび外部リード線３３の３つの部材で導入部材３を構成
している。

【００４５】そして、たとえばモリブデンＭｏ線からな
る内部リード線３２，３２間には、二重コイル状のフィ
ラメント５の両端のレグ部５Ｌ，５Ｌが嵌挿、過締めや
溶接などの手段で継線され、このフィラメント５はバル
ブ１の２焦点間を結ぶ中心軸線上にほぼ沿って配設して
ある。

【００４６】この二重コイル状のフィラメント５は、タ
ングステンＷ線を巻回した一次コイル（１ｓｔ）５１を
さらに二次巻回（２ｎｄ）５２したもので、従来の二重
コイル状のフィラメントと外形は両者間に変わりはない
が、細部のディメンションが後述するように異なってい
る。なお、この二重コイル状のフィラメント５の各部を
示す符号の内容はつぎの通りである。

【００４７】 Ｍｇ；タングステン素線２００ｍｍ当たりの重量ｍｇ、 ＷＤ；タングステン素線径ｍｍ、 ＯＡＬ；タングステン素線全長ｍｍ、 Ｐ１；１ｓｔコイルのピッチ間隔ｍｍ、 ＭＤ１；１ＳＴコイルの内径ｍｍ、 Ｄ１；１ｓｔコイルの外径ｍｍ、 ＣＬ１；１ｓｔコイルの全長ｍｍ、 ＴＰＣ１；１ｓｔコイルの１０ｍｍ当たりの巻回（ター
ン）数、 Ｐ２；２ｎｄコイルのピッチ間隔ｍｍ、 ＭＤ２；２ｎｄコイルの内径ｍｍ、 Ｄ２；２ｎｄコイルの外径ｍｍ、 ＣＬ２；２ｎｄコイルの全長ｍｍ、 ＴＰＣ２；２ｎｄコイルの１０ｍｍ当たりの巻回（ター
ン）数、 Ｌ２；２ｎｄコイルの有効発光長ｍｍ、 ％Ｐ（％ピッチ）；Ｐ１／ＷＤ、Ｐ２／Ｄ１、 ％Ｍ（％マンドレル）；ＭＤ１／ＷＤ、ＭＤ２／Ｄ１、 ＶＣ；コイル端部の発光にあまり寄与しないレグ部５Ｌ
を除いた有効発光長部分が占める仮想筒状体部Ｃの体
積、 ＶＷ；仮想筒状体部Ｃ内に在るタングステン素線部分が
占める体積、として説明する。（なお、ピッチ間隔Ｐ
１、Ｐ２ｍｍは、ＷＤ、ＴＰＣ１およびＤ１、ＴＰＣ２
から算出できる。） この定格１００〜１１０Ｖ６５Ｗの電球Ｌ１に用いたコ
イル状フィラメント５は、Ｍｇが約９．８０（線径ＷＤ
は約０．０５７ｍｍ）、ＯＡＬが約５６２ｍｍのタング
ステン素線を、ピッチ間隔Ｐ１が約０．０９８ｍｍ、内
径ＭＤ１が約０．３ｍｍで、％ピッチＰ１／ＷＤが約１
７１％、％マンドレルＭＤ１／ＷＤが約５２７％、全長
ＣＬ１が約６０ｍｍで１ｓｔコイル５１が巻回され、さ
らに、ピッチ間隔Ｐ２が約０．５９９ｍｍ、内径ＭＤ２
が約０．９ｍｍで、％ピッチＰ２／Ｄ１が約１４５％、
％マンドレルがＭＤ２／Ｄ１が約２１７％のレグ部５Ｌ
を含む全長ＣＬ２が約９ｍｍの２ｎｄコイル５２として
巻回した二重コイル状のフィラメント５としてある。

【００４８】そして、このフィラメント５は同一定格の
電球において、電圧および電力を考慮すれば本発明品も
従来品も同じＭｇや長さのタングステン素線が用いられ
コイルの有効発光長部分の体積ＶＷも同一として、仮想
筒状体部Ｃの体積ＶＣを従来品より小さくしてある。

【００４９】すなわち、本発明品は１ｓｔコイル５１や
２ｎｄコイル５２のピッチ間隔Ｐ１、Ｐ２やコイル部の
内径ＭＤ１、ＭＤ２や外径Ｄ１、Ｄ２などの巻回条件、
ここではＣＬ２、Ｄ２、ＭＤ１、Ｐ１、Ｐ２などを調整
して、仮想筒状体部Ｃの体積ＶＣを変えてある。

【００５０】また、バルブ１内には少量のＣＨ₂ Ｂｒ₂
やＣＨ₃ Ｂｒなどのハロゲン化物およびアルゴン（Ａ
ｒ）、クリプトン（Ｋｒ）と窒素（Ｎ₂ ）とを混合した
ガスが常温（２５℃）で約１．５×１０⁵ Ｐａ（パスカ
ル）封入してある。

【００５１】また、バルブ１の外表面の周囲部分には、
可視光透過赤外線反射膜（以下、赤反膜と称する。）６
が形成してある。この赤反膜６は、図３にその一部を拡
大して示すようにバルブ１のガラス面に高屈折率層膜６
Ｈ，…を作る二酸化チタン（ＴｉＯ₂ ）と低屈折率層膜
６Ｌ，…を作る二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂ ）とを交互に繰
り返えし所定層積層した多層光干渉膜からなる。

【００５２】また、図示していないが、バルブ１の端部
の圧潰封止部２を覆うようにステアタイトやコージライ
トなどのセラミック製の筒状の本体部および金属シェル
やアイレット、端子ピンなどの導電部を備えた口金が耐
熱性の接着剤を介し接合されているとともに金属シェル
およびアイレット部に外部リード線が電気的に接続され
ている。

【００５３】このような構成の電球Ｌ１を点灯すると、
フィラメント５は発熱して可視光とともに大量の赤外線
を放射し、フィラメント５から放射した光のうち可視光
の殆どはバルブ１および赤反膜６を透過してバルブ１外
方へと放射される。また、フィラメント５は回転楕円形
状をなすバルブ１の２焦点間を結ぶバルブ１のほぼ中心
軸線上に沿って配設してあるので、フィラメント５から
放射した７８０〜１５００ｎｍの波長域はもとより２０
００ｎｍ位までの赤外線を、回転楕円形面に形成してあ
る赤反膜６で反射して効率よくフィラメント５に戻し、
（この赤外線のフィラメント５からの放射と赤反膜６で
の反射は反復行われる。）フィラメント５を再加熱して
発光をより高くし、この結果フィラメント５からの可視
光放射が増して、発光効率を向上できる。

【００５４】そして、本発明に係わる電球Ｌ１は、コイ
ル状フィラメント５の両端側の発光にあまり寄与しない
レグ部５Ｌ，５Ｌを除く、二重コイル（２ｎｄコイル）
５２部分の有効発光長部分である仮想筒状体部体積ＶＣ
中に占めるタングステン素線の体積ＶＷの比率Ｙ（ＶＷ
／ＶＣ＝１．２９／１８．０×１００％）は約７．１７
％で従来品（ＶＷ／ＶＣ＝１．２９／２１．７×１００
％＝５．９４％）より約１．２％増やしてある。

【００５５】要するに、フィラメント５から放射されて
バルブ１表面の赤反膜６で反射した赤外線が、フィラメ
ント５方向に戻り一部は素線に入射し、残りの一部はコ
イルピッチ間を透過して反対側のバルブ１面に向かって
いたのを、本発明ではコイルピッチを密にすることによ
ってピッチ間を透過する赤外線の量を減らして素線に当
たり入射する量が多くなるようにしたもので、フィラメ
ント５の赤外線吸収率を高めることができた。その結
果、本発明の電球Ｌ１は従来品に比べ寿命を同一（３０
００時間）とした場合、光束（Ｌｍ）が約５％、効率
（Ｌｍ／Ｗ）が約５％向上できることが確認できた。ま
た、バルブ１言い換えると電球Ｌ１の小形化がはかれ
た。

【００５６】なお、図１に示すものと略同一の形状を有
する回転楕円形状のバルブ１を用いた他の品種の電球に
ついて、上記実施の形態と同様に二重コイル（２ｎｄコ
イル）部分の有効発光長部分である仮想筒状体部体積Ｖ
Ｃ中に占めるタングステン素線の体積ＶＷの比率Ｙ
（（ＶＷ／ＶＣ）×１００％）を変えた結果を下記表１
に示す。

【００５７】

【表１】 表１に本発明品と従来品とを対比して示したが、二重コ
イル（２ｎｄコイル）部分の有効発光長部分である仮想
筒状体部体積ＶＣ中に占めるタングステン素線の体積Ｖ
Ｗの比率Ｙ（（ＶＷ／ＶＣ）×１００％）は、単なる平
面の比率ではなく断面円形でかつ巻回したものであるた
め各品種とも揃ったほぼ同一値とはならずフィラメント
を構成するタングステン素線のＭｇ（＝線径）によっ
て、その範囲は変わり本発明者らの実験によれば、図４
に示す勾配線が描かれる。この図４において、横軸はＭ
ｇ（ｍｇ／２００ｍｍ）を、縦軸は仮想筒状体部体積Ｖ
Ｃ中に占めるタングステン素線の体積ＶＷの比率Ｙ
（（ＶＷ／ＶＣ）×１００％）を対比して示すグラフで
ある。

【００５８】そして、この勾配線から算出された下記数
式（数式１）の範囲内にあれば、他の定格品種の電球で
も同様に発光効率の向上できることが確認できた。ま
た、実用的には下限ＹＬは（数式２）以上であればよい
が、ばらつきなどを考慮すると下限ＹＳは（数式３）以
上が好ましく、また、上限は密ピッチ傾向となりターン
間のショートなどを考慮すると上限ＹＵは（数式４）以
下がよかった。

【００５９】 （５／９）Ｍｇ＋２≦Ｙ≦（５／９）Ｍｇ＋８．２ ……（数１） （５／９）Ｍｇ＋２≦ＹＬ ………（数式２） （５／９）Ｍｇ＋２．５≦ＹＳ ……（数式３） （５／９）Ｍｇ＋８．２≧ＹＵ ……（数式４） また、上述したように、回転楕円形状を有するバルブ内
の２焦点間を結ぶ線上にフィラメントを配設すれば、バ
ルブ表面に形成した赤反膜により反射された赤外線はフ
ィラメントに効率よく戻り、発光効率を向上することが
できるが、本発明者等が究明したところによれば、さら
にバルブの大きさやフィラメント各部のディメンション
を規制することにより発光効率を高められることが分か
った。

【００６０】すなわち、バルブの大小を問わずバルブ内
の２焦点間を結ぶ線上にフィラメントを配設すれば、理
論上はバルブ表面に形成した赤反膜からフィラメントに
戻る赤外線の帰還率はほぼ同じである。しかし、バルブ
を小形化しこのバルブに似合ったフィラメントとする
と、大形のバルブを用いた場合より発光効率が高まっ
た。

【００６１】これは、バルブを小形化すれば内容積およ
び２焦点間の間隔が小さくなるとともにフィラメントも
その長さＣＬ２やピッチＰ２が小さくなり、狭小部分に
密ピッチのフィラメントが配置される結果と推測され
る。

【００６２】また、二重コイル状に巻回したフィラメン
ト５の仮想筒状体部Ｃの体積ＶＣに対し回転楕円形状を
なすバルブ１の内容積ＶＢが大きいことおよびフィラメ
ント５の外径Ｄ２に対しバルブ１の内径ＤＢが大きいこ
とは、フィラメント５とバルブ１との間隔が離れてい
て、フィラメント５の発光熱がバルブ１に伝り難く温度
上昇が抑制され発光特性を高められないことなどのこと
から、下記条件を規制することによって、さらにの特性
の向上と小形化をはかることができた。

【００６３】すなわち、フィラメント５の仮想筒状体部
Ｃの体積ＶＣｍｍ³ に対するバルブ１の大きさを示す内
容積ＶＢｍｍ³ （ＶＢ／ＶＣ）、タングステン素線の密
度比（ＶＣ／ＶＷ）に対する上記（ＶＢ／ＶＣ）の比率
（ＶＣ／ＶＷ）／（ＶＢ／ＶＣ）およびフィラメント５
の外径Ｄ２ｍｍに対するバルブ１の内径ＤＢｍｍ（ＤＢ
／Ｄ２）を規制した。

【００６４】ここでフィラメント５は、上記１００Ｖ
（９０〜１１０Ｖ）１０〜１５０Ｗ（０．１〜１．５
Ａ）程度の電球に用いられる、Ｍｇが３．０〜１５のタ
ングステン素線（素線径に換算すると約０．０３２〜
０．０７０ｍｍ）で形成し、このフィラメント５を小形
化した回転楕円形状をなすバルブ１内に封装しハロゲン
電球を製作した。なお、使用したフィラメント５のディ
メンションは表１に示すものを用いた。

【００６５】下記表２に本発明品と従来品とを対比して
示す。表１および２中の左端のＮｏ（番号）は共通した
同一のものである。

【００６６】

【表２】 表２中、ＶＢはバルブの内容積ｍｍ³ 、ＤＢはバルブの
内径ｍｍを示す。

【００６７】そして、上記表２の結果から、 ＶＢ／ＶＣ≦４０ ……（数式５） （ＶＢ／ＶＣ）／（ＶＣ／ＶＷ）≦２．５ ……（数式６） ＤＢ／Ｄ２≦６．５ ……（数式７） を満足すれば、さらに発光効率を向上できるとともにバ
ルブの小形化がはかれた。

【００６８】そして、上記数式５のフィラメント５の体
積に対するバルブ１の内容積を規制するＶＢ／ＶＣ値は
小さいほどよく４０を超える場合は、フィラメントの温
度分布が高温部と低温部との温度差が顕著になり、温度
勾配が原因となる断線やホットスポットの発生による短
寿命やバルブの中心軸に対するコイル状フィラメントの
軸ずれの影響が大きくなる。また、実験的にも赤外線が
フィラメントに帰還するまでのバルブへの反射回数が多
くなるなどの理由で好ましくなく、そのほか、コイル状
部が占める仮想筒状体部の全体積に対するバルブの大き
さを示す指数ＶＢ／ＶＣは小さい方が効率アップするこ
とが確認されている。

【００６９】また、この下限値は１０程度で、これより
小さくなると物理的に電球の製造が困難になるとともに
バルブの表面温度が９００℃以上に達し、石英ガラスが
結晶化して脆化するなどの理由で好ましくない。

【００７０】また、上記数式６のタングステン素線の密
度比（ＶＣ／ＶＷ）に対する上記（ＶＢ／ＶＣ）の比率
（ＶＣ／ＶＷ）／（ＶＢ／ＶＣ）は、コイル状部に対す
るバルブの大きさを示す指数と、コイルの密巻き度を示
す指数との相対関係を表し、この（ＶＣ／ＶＷ）／（Ｖ
Ｂ／ＶＣ）値が２．５を超える場合は、赤外線のフィラ
メントへの帰還率が低下し、また、バルブ中心軸に対す
るコイル状フィラメントの偏心の影響が大きくなる。そ
のほか、実験結果からみても好ましくない。

【００７１】また、この下限値は１．０程度で、これよ
り小さくなると、コイル状フィラメントにホットスポッ
トが発生し易くなったり、バルブ表面の温度が異常に上
昇し、石英ガラスが結晶化して脆化するなど好ましくな
い。

【００７２】さらに、上記数式７のフィラメントのコイ
ル状部外径に対するバルブ１の内径を規制するＤＢ／Ｄ
２は、バルブの内径に対するコイルの外径の比を示し、
このＤＢ／Ｄ２値が６．５を超える場合は、バルブの中
心軸に対するコイル状フィラメントの偏心ずれの影響が
大きくなったり、フィラメントへの赤外線帰還率が低下
するなどの理由で好ましくない。また、この下限値は
３．０程度で、これより小さいとバルブ表面の温度が異
常に上昇し、石英ガラスが結晶化して脆化するなど好ま
しくない。

【００７３】なお、この可視光透過赤外線反射膜付きの
ハロゲン電球について、たとえばＲ，Ｓ，Ｂｅｒｇｍａ
ｎが‘ＣＯＭＰＡＣＴ ＱＵＡＲＴＳ ＨＡＬＯＧＥＮ
ＬＡＭＰＳＷＩＴＨ ＩＮＦＲＡＲＥＤ ＦＩＬＴＥ
Ｒ’ ＦＩＦＴＨ ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＳＹ
ＭＰＯＳＩＵＭ ＯＮ ＴＨＥ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮ
Ｄ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＯＦ ＬＩＧＨＴ ＳＯＵ
ＲＣＥ に、コイル状フィラメントが吸収する赤外エネ
ルギーＦを高めれば、発光効率が向上することが記載さ
れている。すなわち、 Ｆ＝ａ・Ｇ・Ｒ／（１ー（１ーａ）・Ｇ・Ｒ） Ｆ：フィラメントが吸収する赤外エネルギー Ｇ：形状係数（ｇａｉｎ ｆａｃｔｏｒ） Ｒ：平均赤外線反射率 ａ：フィラメントによる赤外吸収率 したがって、上式によればフィラメントが吸収する赤外
エネルギーＦはＧ・Ｒ・ａによって決定される。上記Ｇ
はバルブとフィラメントの形状によって決定される。ま
た、Ｒはバルブに形成される赤外線反射膜によって決定
される。さらに、ａは通常定数として扱われており０．
４程度とされる。

【００７４】そして、本発明もフィラメントによる赤外
吸収エネルギーＦを高められるもので、この論理に矛盾
するものではない。

【００７５】また、上記の可視光透過赤外線反射膜（赤
反膜）６の形成は、たとえば以下に述べる浸漬法により
行うことができる。まず、バルブ１内にフィラメント５
を封装して排気し、ハロゲンおよび不活性ガスなどを封
入した電球を用意する。また別途に、高屈折率層６Ｈ，
…を形成する物質としてはたとえばテトライソプロピル
チタネートなどの有機チタン化合物をアセチルアセト
ン、ポリエチレングリコールに反応させエタノール系の
溶剤に溶かしたチタン含有量が２〜１０重量％、粘度約
２．０ｃｐｓに調整したチタン溶液と、低屈折率層６
Ｌ，…を形成する物質としてたとえばエチルシリケート
重合体などの有機けい素化合物を有機溶剤に溶かし、け
い素含有量が２〜１０重量％、粘度約１．０ｃｐｓに調
整したけい素溶液とを用意する。

【００７６】まず、上記電球のバルブ１を、恒温恒湿の
雰囲気中で排気管４側から上記のチタン溶液中に封止部
２側近くまでを浸漬して所定速度で引き上げ、乾燥後空
気中約８００℃（７００〜９００℃）で約１０分間焼成
して第１層目の酸化チタン（ＴｉＯ₂ ）膜からなる高屈
折率層６Ｈを形成する。

【００７７】つぎに、この第１層目の酸化チタン（Ｔｉ
Ｏ₂ ）膜からなる高屈折率層６Ｈを形成したバルブ１を
恒温恒湿の雰囲気中で上記のけい素溶液中に浸漬して所
定速度で引き上げ、乾燥後空気中約８００℃（７００〜
９００℃）で約１０分間焼成して第１層目の酸化けい素
（ＳｉＯ₂ ）膜からなる低屈折率層６Ｌを形成する。以
下、上記と同様にして第３層目以降の高屈折率層６Ｈ、
低屈折率層６Ｌを交互に積層して、ここでは全部でたと
えば計８層形成して赤反膜６を得ることができる。

【００７８】また、この可視光透過赤外線反射膜（赤反
膜）６の形成は、浸漬法に限らず真空蒸着、ＰＶＤ、Ｃ
ＶＤ、イオンプレーティングなどの方法によるものであ
ってもよい。また、被膜形成材料も酸化チタン（ＴｉＯ
₂ ）、酸化けい素（ＳｉＯ₂）に限らない。

【００７９】また、図５は本発明の第２の実施の形態を
示す電球Ｌ２で、バルブ以外の構成は上記第１の実施の
形態と同じで、図中、第１の実施の形態と同一部分には
同一の符号を付してその説明は省略する。

【００８０】図５に示す電球Ｌ２のバルブ１は、円筒形
状をなし外表面に上記第１の実施の形態と同様な赤反膜
６が形成してある。また、図中７はバルブ１端部の圧潰
封止部２を覆うようにして耐熱性接着剤７１を介し接合
された口金である。

【００８１】そして、この形状のバルブ１を用いた電球
Ｌ２は、回転楕円状のバルブ１よりもフィラメント５へ
の赤外線の帰還率は少々低下するが、フィラメント５の
赤外線吸収率を高めることができ発光効率の向上を図る
ことができる。

【００８２】なお、このバルブの形状は回転楕円形状や
円筒形状に限らず、球形状、回転放物面形状や回転長円
形状などあるいはこれらの少なくとも一つを含み構成さ
れたものであってもよい。

【００８３】また、図６は本発明の第３の実施の形態を
示す反射鏡付（ハロゲン）電球ＲＬで、電球Ｌ１は図１
ないし図３に記載のものと同じものなので、図１〜図３
と同一部分には同一の符号を付してその説明は省略す
る。

【００８４】図６中、８は硬質ガラス、耐熱性合成樹脂
や金属体などで形成された回転放物面、回転楕円面など
の形状の反射面を有する反射鏡で、内面にはアルミニウ
ム、クローム、銀などからなる光・熱反射膜８１あるい
はダイクロイック膜などの可視光反射赤外線透過膜８１
が形成され、その中央背面の基部８２には上記電球Ｌ１
の圧潰封止部２が収容される透孔（図示しない。）を有
している。そして、この透孔内に電球Ｌ１の圧潰封止部
２が置かれた状態でシリコン系などの耐熱性接着剤が注
入され、反射面８１に対するフィラメント５位置の焦点
合わせが終了したらこの接着剤を固化して、両者を一体
化している。

【００８５】そして、この図６の反射鏡付電球ＲＬを点
灯すると、ハロゲン電球Ｌ１は上記実施の形態と同様の
光放射作用を奏し、反射鏡８と一体化されていることか
ら光放射特性も一段と向上でき、さらに高い発光効率を
得ることができる。なお、この反射鏡付電球ＲＬにおい
ては、反射鏡８の前方開口部を覆うようにレンズなどの
制光体８３や保護のためにカバー部材を設けることは構
わない。

【００８６】また、図７は本発明の第４の実施の形態を
示す照明器具９である。この図７中、９１は天井面など
に取着される基台、９２は支持ポール、９３はポール９
２の先端に回動自在に取付けられた自在継手、９４はこ
の自在継手が設けられた器具本体、９５は器具本体の前
方開口部内に設けられた反射体で、この反射体９５の部
分にはソケット（図示しない。）が配設され、このソケ
ット（図示しない。）にハロゲン電球Ｌ１やＬ２の口金
を装着することにより照明器具９が構成される。

【００８７】そして、この図７に示す照明器具９に装着
した電球Ｌ１やＬ２を点灯すると、電球Ｌ１やＬ２は上
記実施の形態と同様の作用を奏し、高い光放射特性が得
られる照明器具９を提供することができる。なお、この
照明器具９においては、制光や保護のために反射体９５
の前方開口部を覆うようにカバー部材を設けることは構
わない。また、第３の実施の形態に示す反射鏡付電球Ｒ
Ｌをソケット（図示しない。）に装着して使用すること
も構わない。

【００８８】

【発明の効果】請求項１および２の発明によれば、フィ
ラメントから放射されてバルブ表面の赤反膜で反射した
赤外線の、フィラメントへの帰還率を上げ赤外線の吸収
率を高めることができた。その結果、従来品に比べ寿命
を同一（３０００時間）とした場合、光束（Ｌｍ）が約
５％、効率（Ｌｍ／Ｗ）が約５％向上するとともにバル
ブの小形化がはかれたハロゲン電球を提供できる。

【００８９】請求項３の発明によれば、バルブを小形化
して、ハロゲン電球の小形化がはかれる。

【００９０】請求項４の発明によれば、１００Ｖ（９０
〜１１０Ｖ）級０〜１５０Ｗ程度の比較的低出力のハロ
ゲン電球に適用して電球の小形化がはかれる。

【００９１】請求項５および６の発明によれば、コイル
状フィラメントの％ピッチおよび％マンドレルを数値規
制することにより上記請求項１に記載したと同様な効果
を奏する。

【００９２】請求項７の発明によれば、バルブの形状を
限定することにより上記請求項１に記載したと同様な効
果を奏する。

【００９３】請求項８の発明によれば、上記請求項１な
いし７に記載の効果を奏する電球が設けてあるので、発
光特性の向上した反射鏡付き電球を提供できる。

【００９４】請求項９の発明によれば、上記請求項１な
いし８に記載の効果を奏する電球が設けてあるので、発
光特性の向上した照明器具を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示すハロゲン電球
の正面図である。

【図２】コイル状フィラメントを拡大して示す説明図で
ある。

【図３】バルブの表面に形成した多層光干渉膜からなる
可視光透過赤外線反射膜の一部を拡大して示す断面図で
ある。

【図４】横軸はフィラメントのＭｇ（ｍｇ／２００ｍ
ｍ）を、縦軸は仮想筒状体部体積Ｖ中に占めるタングス
テン素線の体積Ｖｗの比率Ｙ（（Ｖｗ／Ｖ）×１００
％）を対比して示すグラフである。

【図５】本発明の第２の実施の形態を示すハロゲン電球
の一部断面正面図である。

【図６】本発明の第３の実施の形態を示す反射鏡付きハ
ロゲン電球の一部断面正面図である。

【図７】本発明の第４の実施の形態を示す照明器具の斜
視図である。

【符号の説明】

Ｌ１、Ｌ２：電球（ハロゲン電球） ＲＬ：反射鏡付電球（反射鏡付ハロゲン電球） １：バルブ ２：圧潰封止部 ３：導入部材 ３２：内部リード線 ５：コイル状フィラメント Ｃ：仮想筒状体部 ５Ｌ：レグ部 ６：可視光透過赤外線反射膜（赤反膜） ８：反射鏡 ８１：反射面 ８２：基部 ９：照明器具 ９４：器具本体

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透光性の気密容器を構成する、端部に封
   止部が形成されたバルブと；このバルブの表面に形成さ
   れた可視光透過赤外線反射膜と；上記バルブ内に封入さ
   れた不活性ガスおよびハロゲン化物と；上記バルブの封
   止部に気密封着された導入部材と；この導入部材に継線
   して上記バルブのほぼ中心軸線上に配設された、コイル
   状に巻回したタングステン素線部分およびこの線間の空
   間を含むコイル状部が占める仮想筒状体部の全体積ＶＣ
   ｍｍ³ と、このコイル状に巻回したタングステン素線部
   分が占める体積ＶＷｍｍ³ との比率（Ｖｗ／ＶＣ）×１
   ００％＝Ｙが （５／９）Ｍｇ＋２≦Ｙ≦（５／９）Ｍｇ＋８．２ Ｍｇ：タングステン素線重量ｍｇ／２００ｍｍ の範囲内にあるコイル状フィラメントと；を具備してい
   ることを特徴とするハロゲン電球。
2. 【請求項２】 透光性の気密容器を構成する、端部に封
   止部が形成された回転楕円形部を有するバルブと；この
   バルブの表面に形成された可視光透過赤外線反射膜と；
   上記バルブ内に封入された不活性ガスおよびハロゲン化
   物と；上記バルブの封止部に気密封着された導入部材
   と；この導入部材に継線して上記バルブの焦点間を結ぶ
   バルブのほぼ中心軸線上に配設された二重コイル状のフ
   ィラメントとを備え；上記バルブの内容積をＶＢｍ
   ｍ³ 、内径をＤＢｍｍとし、コイル状フィラメントの巻
   回したタングステン素線部分およびこの線間の空間を含
   むコイル状部が占める仮想筒状体部の全体積をＶＣｍｍ
   ³ 、このコイル状に巻回したタングステン素線部分が占
   める体積をＶＷｍｍ³ 、二重コイルの外径をＤ２ｍｍと
   したとき、 ＶＢ／ＶＣ≦４０ （ＶＢ／ＶＣ）／（ＶＣ／ＶＷ）≦２．５ ＤＢ／Ｄ２≦６．５ の関係にあることを特徴とするハロゲン電球。
3. 【請求項３】 上記回転楕円形部を有するバルブの内径
   ＤＢが、１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２
   に記載のハロゲン電球。
4. 【請求項４】 コイル状フィラメントを形成するタング
   ステン素線のＭｇが３．０〜１５の範囲内であることを
   特徴とする請求項１または２に記載のハロゲン電球。
5. 【請求項５】 コイル状フィラメントの単コイル部のピ
   ッチ間隔Ｐ１とタングステン素線外径ＷＤとの比率（％
   ピッチ）Ｐ１／ＷＤ×１００％が１１０〜２２０％で、
   かつ、二重コイル部のピッチ間隔Ｐ２と単コイル外径Ｄ
   １との比率（％ピッチ）Ｐ２／Ｄ１×１００％が１１０
   〜２２０％であることを特徴とする請求項１または２に
   記載のハロゲン電球。
6. 【請求項６】 コイル状フィラメントの単コイル部の内
   径ＭＤ１とタングステン素線径ＷＤとの比率（％マンド
   レル）ＭＤ１／ＷＤ×１００％が２５０〜７００％で、
   かつ、二重コイル部の内径ＭＤ２と単コイル外径Ｄ１と
   の比率（％マンドレル）ＭＤ２／Ｄ１×１００％が１５
   ０〜２５０％であることを特徴とする請求項１または２
   に記載のハロゲン電球。
7. 【請求項７】 バルブが、球形状、円筒形状、回転楕円
   形状、回転放物面形状および回転長円形状の少なくとも
   一つの形状を含み構成されていることを特徴とする請求
   項１、４ないし６のいずれか一に記載のハロゲン電球。
8. 【請求項８】 基部を有する反射鏡と；この反射鏡の基
   部内に配設された請求項１ないし７のいずれか一に記載
   のハロゲン電球と；を具備していることを特徴とする反
   射鏡付き電球。
9. 【請求項９】 器具本体と；器具本体に配設されたソケ
   ットと；このソケットに装着された請求項１ないし７の
   いずれか一に記載のハロゲン電球または請求項８に記載
   の反射鏡付き電球と；を具備していることを特徴とする
   照明器具。